DE1570623B2 - Process for the production of spinnable solutions of polyacrylonitrile and its copolymers - Google Patents
Process for the production of spinnable solutions of polyacrylonitrile and its copolymersInfo
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Description
Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von verspinnbaren Lösungen des Polyacrylnitrile und seiner Mischpolymerisate mit mindestens 50% Acrylnitril-Anteilen durch Lösungspolymerisation von Acrylnitril allein oder zusammen mit anderen Monomeren bei erhöhten Temperaturen in organischen Lösungsmitteln mit Hilfe von Katalysatoren in Gegenwart von starken organischen bzw. anorganischen Säuren und/oder einem aromatischen Disulfonimid, gegebenenfalls zusammen mit geringen Mengen an primären oder sekundären Aminen oder Aminosulfonsäuren gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß als Katalysator ein organisches Sulfinsäureamid der allgemeinen FormelThere has now been a process for the preparation of spinnable solutions of polyacrylonitrile and its copolymers with at least 50% acrylonitrile components through solution polymerization of acrylonitrile alone or together with other monomers at elevated temperatures in organic solvents with the help of catalysts in the presence of strong organic or inorganic acids and / or an aromatic disulfonimide, optionally together with small amounts of primary or secondary amines or aminosulfonic acids, which is characterized in that an organic sulfinamide of the general formula as a catalyst
,R', R '
R"R "
R—s—n:R — s — n:
BenzolsulfinsäureamidBenzenesulfinamide
p-Toluolsulfinsäureamidp-Toluenesulfinamide
p-Chlorbenzolsulfinsäureamidp-chlorobenzenesulfinamide
N,N-Dimethyl-benzolsulfinsäureamidN, N-dimethyl-benzenesulfinamide
N,N-Dimethyl-toluolsulfinsäureamidN, N-dimethyl toluenesulfinamide
Ν,Ν-Methyl-phenylbenzolsulfinsäureamidΝ, Ν-methylphenylbenzenesulfinamide
Ν,Ν-Diäthyl-p-chlorbenzolsulfinsäureamid worin R einen aliphatischen oder aromatischen Rest, der als weitere Substituenten Halogen, Alkyl, Alkoxy, Aryl enthalten kann, R' und R" Wasserstoff, einen niederen Alkylrest oder Arylrest, oder beide zusammenΝ, Ν-diethyl-p-chlorobenzenesulfinamide wherein R is an aliphatic or aromatic radical, which is halogen, alkyl, alkoxy, Aryl may contain, R 'and R "are hydrogen, a lower alkyl radical or aryl radical, or both together
5 mit N einen heterocyclischen Rest bedeuten, gegebenenfalls zusammen mit einem organischen Peroxid, eingesetzt wird.5 with N denote a heterocyclic radical, optionally together with an organic peroxide, is used.
Diese Lösungspolymerisation verläuft auch in dem niedrigen Temperaturbereich zwischen 15 und 35°CThis solution polymerization also takes place in the low temperature range between 15 and 35 ° C
ίο mit hoher Geschwindigkeit und gut reproduzierbar.ίο at high speed and easily reproducible.
Die entstehenden viskosen spinnfähigen Lösungen sind farblos oder nur sehr schwach verfärbt, klar, gelfrei und stabil gegen Verfärbung und Gelierung.The resulting viscous spinnable solutions are colorless or only very slightly discolored, clear, gel-free and stable against discoloration and gelation.
Wegen ihrer leichten Herstellung, guten HaltbarkeitBecause of their ease of manufacture, good durability
15 und Löslichkeit im Reaktionsmedium, weiterhin wegen ihrer hohen Aktivität werden bevorzugt die aromatischen Sulfinsäureamide, wie Benzol- und substituierte Benzolsulfmsäureamide eingesetzt. Es seien beispielsweise folgende Sulfinsäureamide ge-15 and solubility in the reaction medium, further because of their high activity are preferred aromatic sulfinamides, such as benzene and substituted benzenesulfamides, are used. It be for example the following sulfinamides
ao nannt:ao names:
Fp:Fp:
C6H5 — SO — NH2 C 6 H 5 - SO - NH 2
CH3 — C6H4 — SO — NH2 CH 3 - C 6 H 4 - SO - NH 2
Cl — C6H4 — SO — NH2 Cl - C 6 H 4 - SO - NH 2
CRHR — SOC R H R - SO
CH3 CH 3
CH3 CH 3
121° C 120° C 127° C121 ° C 120 ° C 127 ° C
(Öl) Kp: 567553(Oil) b.p .: 567553
CH3 CH 3
: CH3-C6H4-SO-N^ ^ 52 bis 530C: CH 3 -C 6 H 4 -SO-N ^ ^ 52-53 0 C
CH3 CH 3
CH3
: C6H5-SO-N^CH 3
: C 6 H 5 -SO-N ^
C6H5 C 6 H 5
/-C2H5
: Cl-C6H4-SO-N^/ -C 2 H 5
: Cl-C 6 H 4 -SO-N ^
C2H5 C 2 H 5
BenzolsulfinsäuremorpholidBenzenesulfinic acid morpholide
p-Toluolsulfinsäuremorpholidp-Toluenesulfinic acid morpholide
p-Chlorbenzolsulfinsäuremorpholidp-Chlorobenzenesulfinic acid morpholide
BenzolsulfinsäurepiperididBenzenesulfinic acid piperidide
p-Chlorbenzolsulfinsäurepiperididp-chlorobenzenesulfinic acid piperidide
N,N-Dimethyl-/S-naphthalinsulfinsäureamidN, N-dimethyl- / S-naphthalenesulfinic acid amide
MethansulfinsäureanilidMethanesulfinic anilide
M ethansulfinsäure-p-toluididMethanesulfinic acid p-toluidide
Die genannten Verbindungen können analog nach den in der Literatur für Benzol- und Toluo.lsulfinamide (B r a u η u. K a i s e r, B. 56 553), bzw. für Methan-C.H, —SO —NThe compounds mentioned can analogously to those in the literature for benzene and Toluo.lsulfinamide (B r a u η u. K a i s e r, B. 56 553), or for methane-C.H, —SO —N
CH3 — C6H4 — SO —CH 3 - C 6 H 4 - SO -
Cl — CeHB — SO — NCl - C e H B - SO - N
C.HB — SOCH B - SO
75° C75 ° C
1280C128 0 C
137°C137 ° C
114bisll6°C114 to 116 ° C
137°C137 ° C
CH3 CH 3
CH3 — SO — HN — C6H5 CH 3 - SO - HN - C 6 H 5
CH3 — SO — HN — C6H4 — CH3 CH 3 - SO - HN - C 6 H 4 - CH 3
86 bis 88 0C 103 0C86 to 88 0 C 103 0 C
sulfinsäureanilid und -toluidid (J. org. Chem. 23.1958, S. 805 bis 807) beschriebenen Methoden hergestellt werden.sulfinic anilide and toluidide (J. org. Chem. 23.1958, P. 805 to 807) described methods.
Als organische Peroxyde werden vorteilhaft orga- sättigter copolymerisierbarer Verbindungen, wie Menische Hydroperoxyde, wie tert.-Butylhydroperoxyd thacrylnitril, Acryl- bzw. Methacrylsäureester oder oder Cumolhydroperoxyd, Ketoperoxyde, wie Cyclo- -amide, Styrol und seiner Derivate, Vinylchlorid oder hexanonperoxyd, Methyläthyl- oder Methylisobutyl- Vinylidenchlorid durchgeführt. Polymerisiert man z. B. ketonperoxyd, Acylperoxyde, wie Lauroylperoxyd, 5 1 bis 10 vorzugsweise, 5 bis 7 Gewichtsprozent eines Diacetylperoxyd, Benzoyl- oder 2,4-Dichlorbenzol- Acryl- bzw. Methacrylsäureesters, eines Vinylesters peroxyd, weiterhin Perester, wie Tert.-Butylperbenzoat, oder eines Styrolderivates zusammen mit Acrylnitril, tert.-Butyldiperphthalat, tert.-Butylperlaurinat, tert- erhöht sich die Löslichkeit der gebildeten Polymeren Butylperacetat, Mono-tert.-Butylpermaleinat, tert.- im Reaktionsmedium beträchtlich. Dadurch ist es Butylperoctoat, tert.-Butylperisobutyrat oder tert.- io möglich, höhere Anfangskonzentrationen anzusetzen Butylperpivalat, verwendet. und entsprechend höhere Reaktionsgeschwindigkeiten,Organic peroxides are advantageously organic-saturated copolymerizable compounds, such as meniche Hydroperoxides, such as tert-butyl hydroperoxide, thacrylonitrile, acrylic or methacrylic acid esters or or cumene hydroperoxide, ketoperoxides, such as cyclo-amides, styrene and its derivatives, vinyl chloride or hexanone peroxide, methyl ethyl or methyl isobutyl vinylidene chloride carried out. If you polymerize z. B. ketone peroxide, acyl peroxides such as lauroyl peroxide, 5 1 to 10 preferably, 5 to 7 percent by weight of one Diacetyl peroxide, benzoyl or 2,4-dichlorobenzene, acrylic or methacrylic acid ester, a vinyl ester peroxide, also perester, such as tert-butyl perbenzoate, or a styrene derivative together with acrylonitrile, tert-butyl diperphthalate, tert-butyl perlaurinate, tert- increases the solubility of the polymers formed Butyl peracetate, mono-tert-butylpermaleate, tert-in the reaction medium considerably. This is how it is Butyl peroctoate, tert-butyl perisobutyrate or tert-io possible to use higher initial concentrations Butyl perpivalate, is used. and correspondingly higher reaction speeds,
Als starke anorganische Säuren können Salzsäure, Molekulargewichte und Polymerisatkonzentrationen Phosphorsäure, vorzugsweise Schwefelsäure, und als in der Lösung zu erzielen. Darüber hinaus sind die starke organische Säuren aromatische Sulfonsäuren, Fäden aus den genannten Copolymerisaten auch wie Benzol- oder Toluolsulfonsäure, Tetralinsulf on- 15 besser anfärbbar. Um eine Anfärbbarkeit mit tiefen säure, Isopropyl- oder Diisopropylbenzolsulfonsäure, Farbtönen zu erreichen, kann man weitere Comonoweiterhin Oxalsäure, und vorzugsweise aromatische mere mit sauren oder basischen Gruppen, wie Sulfo-Disulfonimide mit der allgemeinen Formel styrol, Methacrylaminobenzol-benzol-disulfimid bzw.Hydrochloric acid, molecular weights and polymer concentrations can be used as strong inorganic acids Phosphoric acid, preferably sulfuric acid, and when in solution. In addition, the strong organic acids, aromatic sulfonic acids, threads from the copolymers mentioned, too such as benzene or toluenesulphonic acid, tetralinsulphon- 15 easier to dye. To be able to color with deep acid, isopropyl or diisopropylbenzenesulfonic acid, color shades can be achieved further Oxalic acid, and preferably aromatic mers with acidic or basic groups, such as sulfo-disulfonimides with the general formula styrene, methacrylaminobenzene-benzene-disulfimide or
Vinylpyridin, einpolymerisieren.Polymerize vinyl pyridine.
R — SO2 — NH — SO2 — R', 20 Bezweckt man die Herstellung von Fäden ausR - SO 2 - NH - SO 2 - R ', 20 The aim is to produce threads
Acrylnitril-Mischpolymerisaten oder Fasern mit spezi-Acrylonitrile copolymers or fibers with special
wie Benzol- oder Toluoldisulfonimid, benutzt werden. fischen Eigenschaften, werden in der Regel die Misch-In
Dimethylformamid können sowohl organische und komponenten in größeren Mengen eingesetzt. Copolyauch
anorganische Säuren eingesetzt werden, dagegen merisiert man Acrylnitril ζ. B. mit 20 bis 50 Gewichtsin
Dimethylsulfoxyd und Dimethylacetamid werden 25 prozent Vinylidenchlorid, können sehr hochkonzenbei
dem Katalysatorsystem Peroxyd/Sulfinsäureamid trierte Spinnlösungen gewonnen werden und die
vorteilhaft organische Säuren verwendet. An Stelle daraus gesponnenen Fäden haben eine stark herabder
erwähnten Säuren können auch ungesättigte, gesetzte Entflammbarkeit und Brennbarkeit,
copolymerisierbare aromatische Disulf onimide die Abhängig davon, welches Lösungsmittel bzw. welchesuch as benzene or toluene disulfonimide can be used. Fish properties are usually mixed in. Dimethylformamide, both organic and components, can be used in larger quantities. Copoly inorganic acids can also be used, whereas acrylonitrile is merized ζ. B. with 20 to 50 weight in dimethyl sulfoxide and dimethylacetamide 25 percent vinylidene chloride, very highly concentrated spinning solutions can be obtained in the catalyst system peroxide / sulfinamide and the advantageous organic acids are used. Instead of threads spun from it, the acids mentioned can also have unsaturated, set flammability and combustibility,
copolymerizable aromatic disulfonimides depending on which solvent or which
freie, starksaure Gruppen enthalten, wie Methacryl- 30 Mischkomponente und in welchem Verhältnis zum aminobenzol-benzol-disulfonimid eingesetzt werden. Acrylnitril eingesetzt werden, kann das Verhältnis Auch eine Kombination der genannten sauren Ver- zwischen Monomermenge und Lösungsmittelmenge im bindungen kann Anwendung finden. Reaktionsgemisch innerhalb breiterer Grenzen variiertContain free, strongly acidic groups, such as methacrylic 30 mixing components and in what proportion to the aminobenzene-benzene-disulfonimide can be used. Acrylonitrile can be used, the ratio Also a combination of the acidic ratio mentioned between the amount of monomer and the amount of solvent in the bindings can apply. Reaction mixture varied within broad limits
Eine Beschleunigung der Polymerisation bei Ver- werden:An acceleration of the polymerization when ver:
wendung der erfindungsgemäßen Katalysatorsysteme 35 Polymerisiert man Acrylnitril in Dimethylformamid kann durch Zugabe von geringen Mengen an primären allein, so ist es erforderlich, die Monomerkonzen- oder sekundären Aminen erreicht werden. Hinsicht- tration unter 25 Gewichtsprozent zu halten, wenn man lieh der Verfärbung der Spinnlösungen bei höheren klare, nicht gelierte Lösungen erhalten will. Wenn die Temperaturen haben sich Aminosulfonsäuren wie Polymerisation von Acrylnitril zusammen mit z. B. Taurin, N-Methyltaurin, SuIfanilsäure oder N-Methyl- 40 5 bis 8 Gewichtsprozent Acrylsäuremethylester, Vinylsulfanilsäure als Beschleuniger besonders günstig acetat oder Styrol erfolgt, so kann die Anfangsmonoerwiesen. merkonzentration bis etwa 40 Gewichtsprozent, vor-Use of the Catalyst Systems According to the Invention 35 Acrylonitrile is polymerized in dimethylformamide can by adding small amounts of primary alone, it is necessary to increase the monomer concentration or secondary amines can be achieved. Keep respect- tration below 25 percent by weight, if one lent the discoloration of the spinning solutions at higher levels of clear, non-gelled solutions. If the Temperatures have aminosulfonic acids such as polymerization of acrylonitrile together with z. B. Taurine, N-methyltaurine, sulfanilic acid or N-methyl-40 5 to 8 percent by weight of methyl acrylate, vinylsulfanilic acid If acetate or styrene is used particularly favorably as an accelerator, the initial mono can be shown. concentration up to about 40 percent by weight,
Die bekannte Anwesenheit kleinerer Wassermengen zugsweise zwischen 25 und 35 Gewichtsprozent, im Reaktionsmedium hat auf die Polymerisation eine liegen, ohne daß eine Gelierung oder Trübung der günstige Auswirkung: Die Reaktionsgeschwindigkeit 45 Lösung während oder nach Beendung der Polymeriwird erhöht und bei gleichen Geschwindigkeiten — im sation auftritt. Bei der Copolymerisation von Acryl-Vergleich zu wasserfreien Ansätzen ■—· erfolgt eine nitril mit etwa 25 bis 45 % Vinylidenchlorid kann die Molekulargewichtserhöhung. Monomerkonzentration in Dimethylformamid vor-The known presence of smaller amounts of water, preferably between 25 and 35 percent by weight, in the reaction medium has one on the polymerization without gelling or clouding of the beneficial effect: the reaction rate 45 solution during or after the termination of the polymeri increased and at the same speeds - im sation occurs. In the case of copolymerization of acrylic comparison to anhydrous approaches ■ - · a nitrile with about 25 to 45% vinylidene chloride can be carried out Molecular weight increase. Monomer concentration in dimethylformamide.
Die Polymerisationsreaktion wird von dem im teilhaft 30 bis 60 Gewichtsprozent betragen. Auf Reaktionsgemisch gelösten Luftsauerstoff nicht ge- 50 Grund der schlechteren Löseeigenschaften liegen die stört; es ist aber bei Verwendung des Katalysator- Grenzen der Anfangsmonomerenkonzentration bei systems Peroxyd/Sulfinamid/Säure vorteilhaft, die Dimethylacetamid und bei Dimethylsulfoxyd etwa Polymerisation in einem geschlossenen Reaktions- um 5 bis 10 Gewichtsprozent niedriger als beim Digefäß unter geringfügigem Schutzgasdruck (z. B. methylformamid. Das Reaktionsgemisch, das zur Stickstoff) durchzuführen, um einen Zutritt weiterer 55 Polymerisation eingesetzt wird, enthält bei der Kata-Sauerstoff mengen während der Reaktion zu verhindern. lysatorkombination Sulfinsäureamid/Säure jeweils bis Es können auch Monomere, die Stabilisatoren ■— wie zu 3 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,2 bis 2 Ge-Thiosemicarbazid, Ammoniak, Hydrochinon oder wichtsprozent, der genannten Verbindungen. Das MoI-deren Derivate — enthalten, ohne Reinigung angesetzt verhältnis von Sulfinsäureamid zu Säure kann vorteilwerden. 60 haft im Bereich von 1: 0,2 bis 1: 4 liegen. Bei Verwen-The polymerization reaction will be approximately 30 to 60 percent by weight of this. on The oxygen in the air does not dissolve in the reaction mixture. The reason for the poor dissolving properties is the disturbs; but it is when using the catalyst limits the initial monomer concentration systems peroxide / sulfinamide / acid are advantageous, dimethylacetamide and dimethylsulfoxide for example Polymerization in a closed reaction - 5 to 10 percent by weight lower than with the digester under a slight protective gas pressure (e.g. methylformamide. The reaction mixture that is used for Nitrogen) is used to allow access to further polymerization, contains oxygen in the case of the kata to prevent amounts during the reaction. lysator combination sulfinamide / acid each up to It can also be monomers, the stabilizers ■ - such as 3 percent by weight, preferably 0.2 to 2 Ge-thiosemicarbazide, Ammonia, hydroquinone or percent by weight of the compounds mentioned. The MoI-whose Derivatives - contain, without purification, the ratio of sulfinamide to acid can be advantageous. 60 adhesive in the range from 1: 0.2 to 1: 4. When using
AIs Lösungsmittel, in denen die Polymerisation dung des Katalysatorsystems Peroxyd/Sulfinsäuredurchgef iihrt wird, werden vorzugsweise Dimethyl- amid/Säure werden jeweils bis zu 2 Gewichtsprozent, formamid, Dimethylacetamid und Dimethylsulfoxyd vorzugsweise 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent der Kombenutzt. Es können aber auch andere, für Acrylnitril- ponenten eingesetzt. Das Molverhältnis zwischen polymerisate und Mischpolymerisate bekannte orga- 65 Peroxyd und Sulfinsäureamid kann vorzugsweise nische Lösungsmittel verwendet werden. zwischen 1: 0,2 und 1: 8 liegen, die Säure soll bis zuAs solvents in which the polymerization of the peroxide / sulfinic acid catalyst system is carried out is increased, dimethyl amide / acid are preferably used up to 2 percent by weight, formamide, dimethylacetamide and dimethyl sulfoxide are preferably 0.05 to 0.5 percent by weight of the grain used. However, other components for acrylonitrile can also be used. The molar ratio between polymers and copolymers known organic peroxide and sulfinamide can preferably niche solvents can be used. between 1: 0.2 and 1: 8, the acidity should be up to
Vorzugsweise wird die Lösungspolymerisation des einem 4fachen molaren Überschuß zum Sulfinsäure-Acrylnitrils in Gegenwart anderer olefinisch-unge- amid eingesetzt werden.The solution polymerization of a 4-fold molar excess to the sulfinic acid-acrylonitrile is preferred be used in the presence of other olefinic-unamides.
Die Polymerisationstemperatur kann wegen der hohen Aktivität der erfindungsgemäßen Katalysatorsysteme in einem breiten Bereich zwischen 0 und 80°C gewählt werden. Vorzugsweise wird die Polymerisation in der Nähe der jeweiligen Raumtemperatur in dem Bereich von 15 bis 35°C gestartet. Es hängt dann von der Intensität der Kühlung ab, ob und wie hoch die Reaktionstemperatur auf Grund der exothermen Reaktionswärme während der Polymerisation ansteigen wird. In Dimethylformamid- oder Dimethylacetamid-Lösung können 50 bis 80% Ausbeuten an Polymeren in 5 bis 20 Stunden und in Dimethylsulfoxyd-Lösung in 3 bis 10 Stunden erreicht werden, wobei Polymerisate mit für die Faserherstellung geeigneten Molekulargewichten, vorzugsweise mit relativen Viskositäten 0?rei) etwa von 1,75 bis 2,0 gemessen in einer 0,5 %igen Dimethylformamidlösung bei 20° C (entspricht den K-Werten nach Fikentscher von etwa 75 bis 85) entstehen.The polymerization temperature can because of the high activity of the catalyst systems according to the invention can be selected in a wide range between 0 and 80 ° C. Preferably the polymerization started in the vicinity of the respective room temperature in the range of 15 to 35 ° C. It then depends on the intensity of the cooling, whether and how high the reaction temperature due to the exothermic Heat of reaction will increase during the polymerization. In dimethylformamide or dimethylacetamide solution 50 to 80% yields of polymers can be achieved in 5 to 20 hours and in dimethyl sulfoxide solution can be achieved in 3 to 10 hours, with polymers suitable for fiber production Molecular weights, preferably measured with relative viscosities from about 1.75 to 2.0 in a 0.5% dimethylformamide solution at 20 ° C (corresponds to Fikentscher's K values of around 75 to 85).
Nach Erreichen der gewünschten Umsatz- bzw. Lösungskonzentration wird ein bekannter Polymerisationsinhibitor oder/und starke Säure in die Lösung eingerührt. Dadurch kann vermieden werden, daß während der weiteren Verarbeitung der Lösung niedermolekulare Polymerisate entstehen. Anschließend kann die Lösung direkt oder nach Entfernung der nichtumgesetzten Monomeren — z. B. in einem Dünnschichtverdampfer unter vermindertem Druck — nach bekannten Trocken- oder Naßspinnverfahren versponnen werden.After the desired conversion or solution concentration has been reached, a known polymerization inhibitor is used or / and strong acid stirred into the solution. This can avoid that low molecular weight polymers are formed during further processing of the solution. Then can the solution directly or after removal of the unreacted monomers - z. B. in a thin film evaporator under reduced pressure - spun by known dry or wet spinning processes will.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Spinnlösungen sind farblos oder nur geringfügig gelblich verfärbt, klar und gelfrei, wodurch eine leichte, unproblematische Weiterverarbeitung gewährleistet ist. Sie können nach Entfernung der nicht umgesetzten Monomeren längere Zeit gelagert werden, ohne daß die Viskosität der Lösungen sich wesentlich verändert. Die gesponnenen Fäden haben einen hohen Weißgrad, gute Thermostabilität und ausgezeichnete Textilwerte.The spinning solutions produced by the process according to the invention are colorless or only slightly yellowish discoloration, clear and gel-free, which ensures easy, unproblematic further processing is. After removing the unreacted monomers, they can be stored for a long time without that the viscosity of the solutions changes significantly. The threads that are spun have a high Whiteness, good thermal stability and excellent textile values.
Der wesentlichste Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß die Polymerisation mit hoher Geschwindigkeit bei niedriger Temperatur durchgeführt werden kann. Dadurch wird ermöglicht, besonders temperaturempfindliche Acrylnitrilcopolymerisate, wie Vinyl- bzw. Vinylidenchlorid enthaltende Mischpolymerisate oder Copolymerisate mit basischen Mischkomponenten, mit erheblich verbesserter Qualität (Weißgrad, Thermostabilität usw.) herzustellen. Darüber hinaus bietet sich die Möglichkeit, die Polymerisation bei Raumtemperatur durchzuführen, wodurch die Reaktionsführung, die Verfahrenstechnik und der apparative Aufwand — besonders in halb- und großtechnischem Maßstab — wesentlich vereinfacht und so das ganze Verfahren verbilligt werden kann.The main advantage of the process is that the polymerization takes place at a high rate can be carried out at a low temperature. This makes it possible to be particularly temperature-sensitive Acrylonitrile copolymers, such as copolymers containing vinyl or vinylidene chloride or copolymers with basic mixed components, with significantly improved quality (degree of whiteness, Thermostability, etc.). In addition, there is the possibility of the polymerization at Carry out room temperature, whereby the reaction, the process technology and the apparatus Effort - especially on a semi-technical and industrial scale - much simplified and so the whole process can be made cheaper.
In 75 g Dimethylsulfoxyd wurde 23,5 g Acrylnitril, 1,5 g Acrylsäuremethylester, 0,35 g Benzolsulfmsäureamid und 0,2 g konz. Schwefelsäure gelöst. Das Reaktionsgemisch wurde in einem mit Uhrglas zugedeckten Erlenmeyer-Kolben bei Zimmertemperatur (22 bis 24° C) stehengelassen. Nach 8 Stunden Reaktionszeit entstand eine hellgelbe, klare, viskose Lösung mit einer Polymerkonzentration von 18,2% (entspricht 73% Ausbeute). Das Polymerisat hatte eine relative Viskosität von 1,73 (K-Wert 74,8).In 75 g of dimethyl sulfoxide, 23.5 g of acrylonitrile, 1.5 g of methyl acrylate and 0.35 g of benzene sulfamic acid amide were added and 0.2 g conc. Dissolved sulfuric acid. The reaction mixture was covered in a watch glass Leave Erlenmeyer flask at room temperature (22 to 24 ° C). After a reaction time of 8 hours the result was a light yellow, clear, viscous solution with a polymer concentration of 18.2% (corresponds to 73% yield). The polymer had a relative viscosity of 1.73 (K value 74.8).
, Beispiel2, Example2
Die gleichen Reaktionskomponenten wie in Beispiel 1 wurden in 75 g Dimethylacetamid gelöst und auf gleiche Weise bei Raumtemperatur 20 Stunden lang polymerisiert. Die Ausbeute betrug 64,8% und die ?7rei· des Polymerisates war 1,63 (K-Wert 70,2). Die viskose Lösung war schwachgelb verfärbt.The same reaction components as in Example 1 were dissolved in 75 g of dimethylacetamide and polymerized in the same way at room temperature for 20 hours. The yield was 64.8% and the? 7rei · of the polymer was 1.63 (K value 70.2). The viscous solution was discolored pale yellow.
Ein Reaktionsgemisch — bestehend aus 65 g Dimethylformamid, 32,8 g Acrylnitril, 2,2 g Acrylsäuremethylester, 1,0 g Methacroylaminobenzol-benzol-disulfimid und 0,4 g Benzolsulfinsäureamid — wurde wie im Beispiel 1 beschrieben 20 Stunden polymerisiert. Die entstandene helle, klare Lösung enthielt 21,4% Polymerisat mit einer rel. Viskosität von 1,70. Die aus der Lösung gegossenen Filme waren mit basischen Farbstoffen tief anfärbbar und bei einer einstündigen Temperung bei 160° C vergilbten sie nur geringfügig.A reaction mixture - consisting of 65 g of dimethylformamide, 32.8 g of acrylonitrile, 2.2 g of methyl acrylate, 1.0 g methacroylaminobenzene-benzene-disulfimide and 0.4 g of benzenesulfinamide - was polymerized as described in Example 1 for 20 hours. The resulting pale, clear solution contained 21.4% polymer with a rel. Viscosity of 1.70. The films cast from the solution were deeply stainable with basic dyes and with one They were only slightly yellowed by tempering at 160 ° C. for one hour.
409 544/356409 544/356
ίοίο
Bei dieser Versuchsreihe wurden als Reaktionsgefäß 100 ml Langhalskolben mit Schliffverschluß benutzt. Die Reaktionsgemische enthielten jeweils 75 g Dimethylsulfoxyd, 23,5 g Acrylnitril, 1,5 g Acrylsäuremethylester, weiterhin Mono-tert-butylpermaleinat (50%ige Lösung in Dimethylphthalat), Benzolsulfinsäureamid, eine organische Säure und eventuell Wasser. Die vollgefüllten und geschlossenen Reaktionsgefäße wurden in ein Wasserbad von 250C gestellt. Nach 4 Stunden Reaktionszeit wurden die entstandenen viskosen Lösungen in einem Wasser-Methanol-Gemisch ausgefällt. Die Ausbeuten, die rel. Viskositäten der Polymerisate und das Aussehen der Lösungen, weiterhin die eingesetzte Katalysator-, Säure- und Wassermenge sind in der vorstehenden Tabelle 1 angegeben.In this series of experiments, 100 ml long-necked flasks with a ground-joint cap were used as the reaction vessel. The reaction mixtures each contained 75 g of dimethyl sulfoxide, 23.5 g of acrylonitrile, 1.5 g of methyl acrylate, and also mono-tert-butylpermaleate (50% solution in dimethyl phthalate), benzenesulfinamide, an organic acid and possibly water. The fully filled and closed reaction vessels were placed in a water bath at 25 ° C. After a reaction time of 4 hours, the viscous solutions formed were precipitated in a water-methanol mixture. The yields, the rel. Viscosities of the polymers and the appearance of the solutions, and also the amount of catalyst, acid and water used, are given in Table 1 above.
Bei 15° C wurde das Monomergemisch in Dimethylsulfoxyd, wie in Beispiel 4 beschrieben, mit 0,42 g Mono-tert-butylpermaleinat (50%ige Lösung), 0,29 g Benzolsulfmsäureamid und 0,6 g Methacroylaminobenzol-disulfimid 6 Stunden lang polymerisiert. Die Ausbeute betrug 71%, die relative Viskosität 2,12. Die gewonnene viskose Lösung war völlig farblos.At 15 ° C, the monomer mixture was dissolved in dimethyl sulfoxide, as described in Example 4, with 0.42 g of mono-tert-butylpermaleate (50% solution), 0.29 g Benzene sulfamic acid amide and 0.6 g methacroylaminobenzene disulfimide Polymerized for 6 hours. The yield was 71% and the relative viscosity 2.12. The viscous solution obtained was completely colorless.
65 g Dimethylformamid, 2,1 g Acrylsäuremethylester, 32,9 g Acrylnitril, 0,42 g Mono-tert.-butylpermaleinat (50 %iger Lösung), 0,29 g Benzolsulfinsäureamid und 0,1 g konz. Schwefelsäure wurden bei 150C, wie im Beispiel 4, 10 Stunden getempert. Es entstand eine farblose, viskose Lösung mit einer Polymerkonzentration von 25,5% (Ausbeute: 73%). Die rel. Viskosität des Polymerisates war 1,82.65 g of dimethylformamide, 2.1 g of methyl acrylate, 32.9 g of acrylonitrile, 0.42 g of mono-tert-butylpermaleate (50% solution), 0.29 g of benzenesulfinamide and 0.1 g of conc. Sulfuric acid were heated at 15 ° C., as in Example 4, for 10 hours. A colorless, viscous solution with a polymer concentration of 25.5% (yield: 73%) was formed. The rel. The viscosity of the polymer was 1.82.
Um die Wirksamkeit der Katalysatorsysteme mit verschiedenen Sulfosäureamiden zu zeigen, wurde die folgende Versuchsreihe durchgeführt: Das Reaktionsgemisch bestand in allen Fällen aus 65 g Dimethylformamid, 32,9 g Acrylnitril, 2,1 g Acrylsäuremethylester, 0,3 g Mono-tert.-butylpermaleinat (50 %ige Lösung) 0,3 g Sulfmsäureamid und 0,2 g konz. Schwefelsäure. Die Reaktion wurde bei 35° C durchgeführt und dauerte 4 Stunden. Die nachfolgende Tabelle 2 enthält die Versuchsergebnisse und die Namen der verwendeten Sulfensäureamide:In order to show the effectiveness of the catalyst systems with various sulfonic acid amides, the the following series of experiments carried out: The reaction mixture consisted in all cases of 65 g of dimethylformamide, 32.9 g acrylonitrile, 2.1 g methyl acrylate, 0.3 g mono-tert.-butylpermaleate (50% solution) 0.3 g sulfamic acid and 0.2 g conc. Sulfuric acid. The reaction was carried out at 35 ° C and lasted 4 hours. Table 2 below contains the test results and the names of those used Sulfenic acid amides:
Ni. attempt
Ni.
%sales
%
LösungColor of
solution
pholid
p-Toluol-acid mor-
pholid
p-toluene
Bei den nachfolgenden Beispielen wurden weitere Katalysatorkombinationen aus verschiedenen Peroxyden und Sulfinsäureamiden eingesetzt. Das Reaktionsgemisch, die Katalysator- und Säuremengen sowie die Reaktionsbedingungen waren wie im Beispiel 7. Die Reaktionsdauer: 6 Stunden. Die Ergebnisse und die Katalysatorkombinationen sind in der Tabelle 3 zusammengefaßt:In the following examples, further catalyst combinations were made from various peroxides and sulfinamides are used. The reaction mixture, the amounts of catalyst and acid and the reaction conditions were as in the example 7. The reaction time: 6 hours. The results and the catalyst combinations are in Table 3 summarized:
Nr.attempt
No.
%sales
%
lirlBenzenesulfinic acid morpho-
lirl
p-Toluolsulfinsäure-JUU
p-toluenesulfinic acid
Beispiel 9 ,·· 0,35 g Mono-tert-butylpermaleinat (50%ige Lösung),Example 9, 0.35 g of mono-tert-butylpermaleate (50% solution),
0,24 g Benzolsulfinsäureamid, 1,2 g Methacroylamino-0.24 g benzenesulfinamide, 1.2 g methacroylamino
In einem druckfesten, geschlossenen Reaktionsgefäß 65 benzol-benzol-disulfimid und 0,1 g konz. Schwefelaus Glas wurde folgendes: Reaktionsgemisch unter säure. Nach 16 Stunden entstand eine fast farblose, Stickstoff bei 25°C polymerisiert: 50 g Dimethyl- viskose Lösung mit. 37% Polymerkonzentration (Ausformamid, 30 g Acrylnitril, 20 g Vinylidenchlorid, beute 74%). Das Polymerisat hatte eine rel. ViskositätIn a pressure-tight, closed reaction vessel 65 benzene-benzene-disulfimide and 0.1 g of conc. Sulfur out Glass became the following: reaction mixture under acid. After 16 hours an almost colorless, Nitrogen polymerized at 25 ° C: 50 g of dimethyl-viscous solution with. 37% polymer concentration (Ausformamid, 30 g acrylonitrile, 20 g vinylidene chloride, yield 74%). The polymer had a rel. viscosity
11 1211 12
von 1,84, einen Chlorgehalt von 28,3 Gewichtsprozent, wurde die Reaktion durch Zugabe eines Inhibitors war schwer-brennbar und die Filme daraus waren mit gestoppt und die 27 %ige helle, klare Polymerisatbasischen Farbstoffen gut anfärbbar, lösung (Umsatz: 77%) mit Dimethylformamid aufof 1.84, a chlorine content of 28.3 percent by weight, the reaction was stopped by adding an inhibitor was flame-retardant and the films from it were also stopped and the 27% light, clear polymer base Dyes can be easily dyed, solution (conversion: 77%) with dimethylformamide
24% verdünnt. Anschließend wurden die nichtumge-24% diluted. Subsequently, the non-enveloped
BeispiellO 5 setzten Monomerenreste durch DünnschichtdestillationFor example, 0 5 residues of monomers are deposited by thin-film distillation
unter vermindertem Druck aus der Lösung entfernt.removed from solution under reduced pressure.
Wie in Beispiel 9 wurde ein Reaktionsgemisch aus Die Lösung war nach der Destillation 28,8 %ig und
50 g Dimethylformamid, 32,5 g Acrylnitril, 17,5 gVinyli- konnte nach dem Trockenspinnverfahren zu weißen,
denchlorid, 0,33 g Mono-tert.-butylpermaleinat, 0,23 g thermostabilen Fäden mit guten Textileigenschaften
Benzolsulfhisäureamid, 0,15 g konz. Schwefelsäure, io versponnen werden. Die Fäden waren mit basischen
0,3 g Taurin, und 0,6 g Wasser zur Polymerisation Farbstoffen auch in tiefen Tönen anfärbbar. Die
angesetzt. Bei 25° C nach 16 Stunden entstand eine rel. Viskosität des Polymerisates war 1,80.
hell gelbliche 41,7%ige Polymerlösung (Ausbeute:As in Example 9, a reaction mixture was made from The solution was 28.8% strength after the distillation and 50 g of dimethylformamide, 32.5 g of acrylonitrile, 17.5 g of vinyl was able to produce white denchloride, 0.33 g of mono- tert-butylpermaleate, 0.23 g of thermally stable threads with good textile properties Benzolsulfhisäureamid, 0.15 g of conc. Sulfuric acid, io to be spun. The threads could also be dyed in deep shades with basic 0.3 g of taurine and 0.6 g of water for polymerization. The scheduled. At 25 ° C after 16 hours a rel. The viscosity of the polymer was 1.80.
light yellowish 41.7% polymer solution (yield:
83,4 %, ?7rei: 2,11). Die hochkonzentrierte Lösung hatte Beispiel 1383.4%,? 7rei: 2.11). Example 13 had the highly concentrated solution
ein ausgezeichnetes Fadenziehvermögen. Das Poly- 15excellent thread pulling power. The poly- 15
mere enthielt 24,3 Gewichtsprozent Chlor und hatte In dem gleichen Reaktionsgefäß und auf die gleichemere contained 24.3 percent by weight chlorine and had In the same reaction vessel and on the same
eine stark verminderte Brennbarkeit. Weise wie im Beispiel 12 beschrieben, wurde 54 kg Dia greatly reduced flammability. As described in Example 12, 54 kg of Di
methylformamid, 29,5 kg Acrylnitril, 16,5 kg Vinyli-methylformamide, 29.5 kg acrylonitrile, 16.5 kg vinyli-
Beispiel 11 denchlorid, 230 g Butylpermaleinat (50 %ig), 160 gExample 11 Denchloride, 230 g butyl permaleate (50%), 160 g
ao Benzolsulfinsäureamid, 200 g Toluoldisulfimid undao benzenesulfinamide, 200 g of toluene disulfimide and
In einem mit Thermometer, Vakuum- und Stick- 52 g konz. Schwefelsäure polymerisiert. Nach einer
Stoffanschluß ausgestatteten, doppelwandigen 251 Reaktionszeit von 20 Stunden stieg die Temperatur
V4A-Rührautoklav wurde das Reaktionsgemisch aus in der Lösung auf 37° C und es entstand eine fast farb-6,5
kg Dimethylformamid, 3,29 kg Acrylnitril, 210 g lose, klare, viskose Lösung. Die Polymerisatkonzen-Acrylsäuremethylester,
9,5 g Mono-tert.-butyl-permale- 25 tration betrug 32,6 %, die Ausbeute 70,8 % und die rel.
inat (=19g, 50%ige Lösung in Dimethylphthalat), Viskosität des Polymerisates 1,76 (K-Wert: 76). Die
16 g Benzolsulfinsäuremorpholid und 15 g konz. Lösung wurde auf 28 % verdünnt, destilliert und anSchwefelsäure
unter 0,5 atü Stickstoffschutzdruck schließend mit einer Konzentration von 37 % nach dem
20 Stunden lang gerührt. Die Temperatur der Lösung Trockenspinnverfahren versponnen. Eine Probe aus
wurde mit Hilfe einer Regelautomatik zwischen 30 30 der hochkonzentrierten, destillierten Lösung wurde
und 35°C gehalten. Es entstand eine fast farblose, bei Zimmertemperatur 30 Tage gelagert. Während
klare, viskose Lösung mit einem Polymergehalt von dieser Zeit veränderte sich ihre Viskosität nicht.
25,6% (Ausbeute: 73%), die nach Zugabe eines Polymerisationsinhibitors nach einem bekannten Trocken- Beispiel 14
spinnverfahren versponnen wurde. Das Polymerisat 35In a with thermometer, vacuum and stick 52 g conc. Sulfuric acid polymerizes. After a double-walled reaction time of 20 hours, the temperature rose in the V4A stirred autoclave, the reaction mixture was in the solution to 37 ° C and an almost color-6.5 kg dimethylformamide, 3.29 kg acrylonitrile, 210 g loose , clear, viscous solution. The polymer concentration methyl acrylate, 9.5 g of mono-tert-butyl permeation was 32.6%, the yield 70.8% and the rel. inat (= 19 g, 50% solution in dimethyl phthalate), viscosity of the polymer 1.76 (K value: 76). The 16 g of benzenesulfinic acid morpholide and 15 g of conc. Solution was diluted to 28%, distilled and closed with sulfuric acid under 0.5 atm. Nitrogen protective pressure with a concentration of 37% after which it was stirred for 20 hours. The temperature of the solution is spun in the dry spinning process. A sample from was kept between 30-30 of the highly concentrated, distilled solution and 35 ° C. with the aid of an automatic control system. It was almost colorless and stored at room temperature for 30 days. While clear, viscous solution with a polymer content of this time did not change its viscosity.
25.6% (yield: 73%), after the addition of a polymerization inhibitor according to a known dry example 14
spinning process was spun. The polymer 35
hatte eine rel. Viskosität von 1,87 (K-Wert: 81,3). Wie im Beispiel 12 angegeben, wurde folgenderhad a rel. Viscosity of 1.87 (K value: 81.3). As indicated in Example 12, the following became
Ansatz polymerisiert; 52 kg Dimethylformamid, 28,8kgApproach polymerized; 52 kg dimethylformamide, 28.8 kg
Beispiel 12 Acrylnitril, 19,2kg Vinylidenchlorid, 1,4kg Metha-Example 12 Acrylonitrile, 19.2kg vinylidene chloride, 1.4kg metha-
croylaminobenzol-benzol-disulfimid, 700 g Wasser,croylaminobenzene-benzene-disulfimide, 700 g water,
Als Reaktionsgefäß wurde ein 2001 Ruhrautoklav 40 240 g Butylpermaleinat (50%ig) und 185 g p-Toluol-— ausgestattet wie im Beispiel 11 — verwendet. An sulfinsäureamid. Die Temperatur stieg während der dem Kesselmantel war nur eine Kühlwasserleitung Polymerisation auf 42°C. Polymerisationsdauer: angeschlossen. Das Reaktionsgemisch enthielt 65 kg 16 Stunden. Lösungskonzentration: 36%; Umsatz: Dimethylformamid, 32,7 kg Acrylnitril, 2,3 kg Acryl- 73%; K-Wert: 81,4 Die schwachgelbe, klare Lösung säuremethylester, 800 g Methacroylaminobenzol-di- 45 wurde unmittelbar nach der Unterbrechung (Inhibitor) sulfimid, 290 g 50 %ige Mono-tert.-butylpermaleinat, der Polymerisation nach dem Trockenspinnverfahren 200 g Benzolsulfinsäureamid und 55 g konz. Schwefel- versponnen. Die Fäden waren — verglichen mit chlorsäure. Nach Einfüllen der Komponenten (Stickstoff- haltigen Acrylnitrilmischpolymerisatfäden, die auf atmosphäre) begann die Polymerisation bereits bei dem konventionellen Wege (wäßrige Polymerisation) Raumtemperatur. Als die Temperatur durch die 50 hergestellt wurden — überragend weiß und thermoexotherme Reaktionswärme auf 30° C anstieg, wurde stabil. Sie konnten mit basischen Farbstoffen in tiefen die Kühlung eingeschaltet. Im Laufe der Polymeri- Tönen angefärbt werden, hatten gute Textilwerte und sation stieg dann die Temperatur allmählich — trotz eine stark verminderte Brennbarkeit (Chlorgehalt: intensivem Rühren — bis 38° C. Nach 20 Stunden 27,7 Gewichtsprozent).A 2001 Ruhr autoclave 40 240 g butyl permaleate (50%) and 185 g p-toluene was used as the reaction vessel. equipped as in Example 11 - used. Of sulfinamide. The temperature rose during the the boiler jacket was only a cooling water line polymerizing to 42 ° C. Polymerization time: connected. The reaction mixture contained 65 kg for 16 hours. Solution concentration: 36%; Sales: Dimethylformamide, 32.7 kg acrylonitrile, 2.3 kg acrylic 73%; K value: 81.4 The pale yellow, clear solution acid methyl ester, 800 g methacroylaminobenzene-di- 45 was immediately after the interruption (inhibitor) sulfimide, 290 g of 50% mono-tert-butylpermaleate, the polymerization by the dry spinning process 200 g of benzenesulfinamide and 55 g of conc. Sulfur spun. The threads were - compared to chloric acid. After filling in the components (nitrogen-containing acrylonitrile copolymers, which on atmosphere) the polymerisation started already in the conventional way (aqueous polymerisation) Room temperature. When the temperature was established through the 50 - supremely white and thermoexothermic Heat of reaction rose to 30 ° C became stable. You could use basic dyes in deep the cooling switched on. In the course of the polymer tones are dyed, had good textile values and Then the temperature rose gradually - despite a greatly reduced flammability (chlorine content: intensive stirring - up to 38 ° C. After 20 hours 27.7 percent by weight).
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EHV | Ceased/renunciation |